一种客车蒙皮加强筋的焊接方法与流程

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种客车蒙皮加强筋的焊接方法。

背景技术

蒙皮是客车主要的外观件，其焊接平整度和可靠性直接影响客车制造的工艺水平。在客车制造过程中，蒙皮与加强筋或骨架主要是采用电阻点焊或胶粘工艺，电阻点焊主要是手工操作，存在劳动强度大、工作效率低、焊接质量不稳定等缺点，而胶粘工艺，工序繁琐，费时费力，使用一定年限后双面胶会老化。

激光焊接具有热输入小，变形小等优点，逐渐引起客车生产厂家的关注。激光焊接分为激光热传导焊接和激光深熔焊接模式。生产中高效焊接采用的是激光深熔焊接模式，此时材料在高能量密度激光的直接辐照下，发生熔化甚至气化，蒸发反冲压力将熔融金属排开，使得熔池表面下陷形成“匙孔”（也称小孔），激光束通过小孔深入到材料内部。采用激光焊接客车蒙皮与加强筋时，蒙皮存在外观面存在热变色或热变形凸起，影响美观。

技术实现要素：

本发明针对客车蒙皮与加强筋焊接时，蒙皮外观面易产生热变色或热变形凸起而影响美观的问题，提供一种客车蒙皮加强筋的焊接方法。

本发明提供一种客车蒙皮加强筋的焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，在第二工件上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝，除去第一工件和第二工件上下表面和窄缝的杂质。

步骤2：将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧。

步骤3：提供第三工件，第三工件位于第二工件的正上方。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连。

步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于第一工件的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面。

步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝中铺展。

步骤10：激光切割头移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件厚度为0.5~1.5mm，第二工件厚度为0.5~1.0mm。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件分别为镀锌钢板、碳钢板。

在其中一实施例中，步骤1中，窄缝的宽度d为0.5~1.2mm。

在其中一实施例中，步骤3中，第三工件厚度为1.0~5.0mm。

在其中一实施例中，步骤3中，第三工件为与第二工件同材质的碳钢板。

在其中一实施例中，步骤3中，第二工件上表面与第三工件下表面的垂直距离h为5~15mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的激光束功率大于4kw，切割速度为1~10m/min。

在其中一实施例中，步骤5中，气柱喷枪喷嘴与激光切割头相距δ为3~5mm。

在其中一实施例中，步骤7中，激光切割头的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体压力为0.5～10kpa。

附图说明

图1是本发明实施例一种客车蒙皮加强筋的焊接方法所涉及的设备与工作布置示意图。

图2是图1所示方法中客车蒙皮加强筋的焊接截面示意图。

图3是传统客车蒙皮加强筋的焊接纵截面示意图。

图4是图1所示方法中窄缝横截面示意图。

其中：1-第一工件，2-第二工件，3-窄缝，4-第三工件，5-激光发生器，6-传输光纤，7-激光束，8-激光切割头，9-机械手，10-固定支架，11-气柱喷枪，12-切割缝，13-金属熔滴，14-本发明方法形成的焊缝，15-超声变幅杆，16-切割前沿，17-焊接小孔，18-焊接熔池，19-凝固的焊缝。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1-4所示，本发明实施例提供了一种客车蒙皮加强筋的焊接方法包括如下步骤：

步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件1与第二工件2，在第二工件2上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝3，除去第一工件1和第二工件2上下表面和窄缝3的杂质。

可选的，第一工件1厚度为0.5~1.5mm，第二工件2厚度为0.5~1.0mm。

可选的，第一工件1和第二工件2分别为镀锌钢板、碳钢板。

可选的，窄缝3的宽度d为0.5~1.2mm。

步骤2：将第一工件1和第二工件2准确叠接并夹紧。

步骤3：提供第三工件4，第三工件4位于第二工件2的正上方。

可选的，第三工件4厚度为1.0~5.0mm。

可选的，第三工件4为与第二工件2同材质的碳钢板

可选的，第二工件2上表面与第三工件4下表面的垂直距离h为5~15mm。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器5、传输光纤6、激光切割头8、机械手9、固定支架10，激光发生器5通过传输光纤6与激光切割头8相连。

可选的，激光切割系统中，激光切割头8聚焦形成的激光束7功率大于4kw，切割速度为1~10m/min。

步骤5：提供气柱喷枪11，气柱喷枪11固定于激光切割头8的固定支架10上。

可选的，气柱喷枪11喷嘴与激光割头8相距δ为3~5mm。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆15压合于第一工件1的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束7垂直辐照第三工件4上表面，激光切割得到的金属熔滴13向下运动，落入窄缝3中，金属熔滴13填满窄缝3，实现第一工件1和第二工件2焊接连接，避免了激光深熔焊接中剧烈的材料蒸发导致的反冲压力以及深入小孔底部的激光能量对第一工件1产生热影响和热冲击变形。

可选的，激光切割头8的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

步骤8：启动气柱喷枪11，气柱喷枪11喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴13，高压惰性气体冲击金属熔滴13，使金属熔滴13快速准确落入窄缝3中，促使熔融金属迅速铺展，避免凝聚成块造成焊缝裂纹。

可选的，气柱喷枪11喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

可选的，气柱喷枪11喷射的气体压力为0.5～10kpa。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝3中铺展。

步骤10：激光切割头8移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪11，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在本发明中，利用高能量激光束7切割第三工件4得到金属熔滴13，金属熔滴13向下运动，落入窄缝3中，金属熔滴13填满窄缝3，实现第一工件1和第二工件2焊接连接，避免了激光深熔焊接中剧烈的材料蒸发导致的反冲压力以及深入小孔底部的激光能量对第一工件1产生热影响和热冲击变形，实现客车蒙皮加强筋的激光焊接无变形连接。

在本发明中，利用高能量激光束7切割第三工件4得到金属熔滴13，金属熔滴13向下运动，气柱喷枪11喷射的高压惰性气体冲击金属熔滴13，使金属熔滴13快速准确落入窄缝3中，促使熔融金属迅速铺展，避免了凝聚成块造成焊缝裂纹，得到良好的焊缝。

在本发明中，通过在第一工件1的下表面安装超声波发生装置，超声振动和声流效应有效的作用于窄缝3中的熔融金属，有助于形成均匀的细小晶粒进而得到力学性能更好的焊缝。